Méthode expérimentale

1. Préparer

• Lisez la documentation destinée aux élèves dans l’application Salle de classe EV3.
• Recueillez des informations sur les processus et les procédures utilisés par les ingénieurs et les physiciens.
• Vous aurez besoin d’un mètre ruban et de marqueurs pour cette leçon.
• Si nécessaire, prévoyez un cours préalable à l’aide du matériel de mise en route disponible dans l’application. Cela permettra à vos élèves de se familiariser avec l’ensemble LEGO^® MINDSTORMS^® Education EV3.

2. Éveiller (10 min)

• Regardez la vidéo du cours et utilisez les idées de la section Lancer une discussion ci-dessous pour engager une discussion en lien avec cette leçon.
• Répartissez les élèves en binômes.

3. Explorer (15 min)

• Demandez à chaque binôme de construire le robot à engrenage conique.
• Demandez-leur ensuite d’effectuer un test afin de vérifier que le modèle a été bien construit et qu’il fonctionne correctement.

4. Expliquer (10 min)

• Demandez à vos élèves de réaliser les expériences et de consigner les résultats obtenus.
• Assurez-vous qu’ils créent leur propre tableau de test.
• Demandez-leur ensuite d’apporter quelques petites modifications à la programmation et à la conception du robot, afin de gagner en précision pour parcourir les 100 cm demandés.

5. Enrichir (10 min)

• Demandez à vos élèves de déterminer quelles modifications ont permis d’obtenir la plus faible erreur.
• Demandez à chaque binôme de synthétiser brièvement les résultats de ses expériences.
• N'oubliez pas de prévoir un peu de temps pour tout ranger.

6. Évaluer

• Commentez les performances de chaque élève.
• N’hésitez pas à utiliser les rubriques d'évaluation fournies.

Aucune machine n'est parfaite. Les ingénieurs font de leur mieux pour obtenir le niveau de précision et d’exactitude le plus élevé possible, mais il y aura toujours un certain degré d'erreur. Bien que les spécifications soient généralement basées sur des calculs et des simulations, une machine physique doit toujours être testée en laboratoire. Les performances d’une machine peuvent en effet être optimisées par des tests, des itérations et des méthodes expérimentales.

Regardez la vidéo du cours et lancez une discussion sur les processus utilisés par les ingénieurs. Posez des questions pertinentes, telles que :

• De quelle manière les ingénieurs travaillent-ils pour développer de nouvelles machines ?
• Comment peuvent-ils mettre en place des expériences pour mesurer les performances d'une machine ?
• Quels facteurs déterminent le niveau d'erreur acceptable et si les performances de la machine sont suffisantes ?

Instructions de montage

• Robot à engrenage conique

Utilisation du modèle
Placez le modèle sur une surface solide et plane, puis marquez sa position de départ. Exécutez le programme et marquez la position finale une fois le robot immobile. Les rotations de moteur calculées, les rotations de moteur effectives et la distance parcourue calculée (en cm) sont indiquées à l'écran.

Expérimentation
Pendant l’expérience, partagez les astuces suivantes :

• Les rotations de moteur calculées, les rotations de moteur effectives et la distance parcourue calculée (en cm) sont indiquées à l'écran.
• Utilisez un mètre ruban pour mesurer la distance effectivement parcourue.
• Consignez le numéro de l'expérience, la distance parcourue calculée et la distance parcourue mesurée dans un tableau de test. Assurez-vous de laisser suffisamment d’espace pour pouvoir ajouter des colonnes de calcul supplémentaires.
• Effectuez l'expérience au moins trois fois et utilisez les valeurs moyennes pour vous assurer d’obtenir les résultats les plus fiables possible.

Programme

Pour simplifier :

• Aidez vos élèves à déterminer l'impact du paramètre de vitesse sur le niveau d'erreur.

Pour aller plus loin :

• Expliquez le principe des valeurs moyennes (par exemple, la moyenne arithmétique versus la médiane, la susceptibilité aux valeurs aberrantes), qui peut être utilisé pour égaliser les erreurs de mesure sur une série d'expériences.
• Encouragez vos élèves à améliorer la conception de leurs robots afin d'optimiser l’exactitude et la précision.

Checklist d’observation de l’enseignant
Créez un barème adapté à vos besoins, par exemple :

1. Objectif partiellement atteint
2. Objectif atteint
3. Objectif dépassé

Utilisez les critères suivants pour évaluer la progression de vos élèves :

• Identifier les aspects de la conception ou de la programmation du robot qui ont causé des inexactitudes ou des imprécisions
• Identifier les facteurs externes qui ont eu un impact sur la précision et l’exactitude du robot
• Réduire le niveau d'erreur (c.-à-d. l'écart par rapport au résultat attendu ou souhaité) en ajustant la conception ou la programmation du robot

Auto-évaluation
Demandez à chaque élève de choisir le niveau qui représente le mieux ses performances.

• Bronze : J'ai mené à bien les expériences, mais je n’ai pas identifié les aspects de la conception ou de la programmation du robot qui ont causé des inexactitudes ou des imprécisions.
• Argent : Avec de l’aide, j'ai identifié les aspects de la conception ou de la programmation du robot qui ont causé des inexactitudes ou des imprécisions.
• Or : J'ai identifié les aspects de la conception ou de la programmation du robot qui ont causé des inexactitudes ou des imprécisions, et j'ai apporté des changements qui ont permis d’améliorer l’exactitude et la précision.
• Platine : J'ai identifié les aspects de la conception ou de la programmation du robot qui ont causé des inexactitudes ou des imprécisions, et j'ai apporté des changements qui ont permis d’améliorer l’exactitude et la précision. J'ai également identifié les facteurs externes qui ont eu un impact sur ces éléments.

Pour intégrer des notions d’arts du langage :

• Demandez à vos élèves de rédiger un bref rapport présentant les résultats de leurs expériences ainsi que des exemples concrets pour lesquels l’exactitude et la précision sont critiques.
• Demandez-leur de créer une présentation expliquant les résultats de leurs expériences et ce qu'ils ont appris.

Remarque : cela étend la durée du cours.

Les élèves qui ont apprécié ce cours pourraient être intéressés par les secteurs professionnels suivants :

• Fabrication et ingénierie (pré-ingénierie)
• Sciences, technologie, ingénierie et mathématiques (sciences et mathématiques)